3.2 热力学第一定律 同步练习 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章第二节 热力学第一定律 【教材课后习题】 1.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了多少？ 2.如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为。如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为。 （1）和哪个大些？ （2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？ 3.某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为。 4.奶牛的心脏停止跳动后，大约在1 h内体温由37.0 ℃降低到33.5 ℃。请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400 kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。水的比热容c为。 【定点变式训练】 5.可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程，AB和CD均为等温过程，BC和DA均为等容过程。关于斯特林循环，下列说法正确的是( ) A. B.AB过程气体放出热量 C.BC过程所有气体分子的动能都减小 D.ABCDA过程气体不对外做功 6.一定质量的理想气体从状态a开始，经三个过程后回到初始状态a，其图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（，）、b（，）、c（，）以下判断正确的是( ) A.气体在过程中对外界做的功小于在过程中对外界做的功 B.气体在过程中从外界吸收的热量大于在过程中从外界吸收的热量 C.在过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量 7.如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其中为等温过程，状态b、c的体积相同，则( ) A.状态a的内能大于状态b B.状态a的温度高于状态c C.过程中气体吸收热量 D.过程中外界对气体做正功 8.一定量的理想气体从状态a经状态b、c再回到状态a的循环过程中，其压强p与体积V的变化关系如图所示。关于该循环过程，下列说法中正确的是( ) A.状态a时气体的温度最高 B.a→b过程中气体从外界吸热 C.b→c过程中气体从外界吸收的热量为 D.c→a过程中外界对气体做功为 9.据浙江在线6月7日消息，62岁的“歌神”张学友原定7日晚上举办第4场“60+”巡演，因他感染了RSV（呼吸道合胞病毒），无法正常发声，确定无法演出。呼吸道合胞病毒（Respiratorysyncytialvirus，RSV）属于副黏病毒科的肺病毒属，主要引起支气管炎、肺炎、鼻炎等呼吸道感染。该病毒对热敏感，60℃时10分钟就可以灭活。如图所示，绝热汽缸被轻质绝热活塞分隔为A、B两部分，A内封闭有一定质量的混有呼吸道合胞病毒的空气，其温度为，阀门处于打开状态，活塞恰好处于汽缸中部，。已知活塞和汽缸间无摩擦且不漏气，求： （1）若对A内气体缓慢加热，当活塞与底部的距离为时，保持10分钟能否对呼吸道合胞病毒灭活？ （2）若关闭阀门K，电热丝通电一段时间使A内气体吸收了的热量，稳定后气体A内气体内能增加了，则此过程B内气体的内能增加量是多少？ 10.某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好。室温时气体的体积，将气缸竖直放置于恒为2℃的水中，稳定后封闭气体的体积。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气，阿伏伽德罗常数。（取） （1）求室温是多少； （2）若已知该气体在、0℃时的摩尔体积为22.4L/mol，求气缸内气体分子数目N；（计算结果保留两位有效数字） （3）若已知该气体内能U与温度T满足，则在上述过程中该气体向外释放的热量Q。 答案以及解析 1.答案：增加了690 J 解析：活塞对空气做900 J的功，即；汽缸向外散热210 J，即，根据热力学第一定律：，即内能增加了690 J。 2.答案：见解析 解析：（1）活塞固定时：缸内气体的体积不变，没有做功过程发生，空气吸收的热量全部用于增加气体的内能，即有；活塞不固定时，温度升高，气体再次达到平衡时，气体压强仍等于大气压，所以气体体积增大，气体对外做功，由于温度升高相同的值，内能的增加量与前一过程相同，也为。根据热力学第一定律。由于，所以有。 （2）根据上一问的分析可知，定容下的比热容小于定压下的比热容。 3.答案：0.14 ℃ 解析：假设20层楼高处的重力势能全部转化为水的内能，每层楼高约为3 m。 。 4.答案： 解析：要维持奶牛的内能不变，每小时至少要为它提供的热量为。 则每天喂养奶牛的食物至少提供的热量。 5.答案：A 解析：AC.从B到C过程，气体体积不变，压强变小，根据 可知气体温度降低，则有；则气体分子的平均动能减小，但不是所有气体分子的动能都减小，故A正确，C错误； B.从A到B过程，气体温度不变，体积变大，则外界对气体做负功，由于气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故B错误； D.根据图像与横轴围成的面积表示做功大小，由题图可知，ABCDA过程气体对外做功，故D错误。 故选A。 6.答案：C 解析：A.根据气体做功的表达式可知图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在过程中对外界做的功等于过程中对外界做的功，A错误； B.气体从，满足玻意尔定律，所以 所以，根据热力学第一定律可知 气体从，温度升高，所以，根据热力学第一定律可知 结合A选项可知 所以 过程气体吸收的热量大于过程吸收的热量，B错误； C.气体从，温度降低，所以，气体体积减小，外界对气体做功，所以，根据热力学第一定律可知，放出热量，C正确； D.理想气体的内能只与温度有关，根据可知从 所以气体从过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，D错误。 故选C。 7.答案：C 解析：A.由于的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体状态a的内能等于状态b的内能，故A错误； B.由于状态b和状态c体积相同，且，根据理想气体状态方程 可知，又因为，故，故B错误； CD.因为过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据 可知气体吸收热量；故C正确，D错误； 故选C。 8.答案：D 解析：A.根据理想气体状态方程 可知，值越大，温度越高，由图可知，状态a时值不是最大，所以状态a时气体的温度不是最高，故A错误； B.过程，气体体积不变，即气体做功为零。气体压强减小，即温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B错误； C.过程，气体体积增大，对外做功为 值增大，气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知 所以气体从外界吸收的热量大于，故C错误； D.过程中，气体体积减小，外界对气体做功，图线与横轴围成的面积表示做功，所以做功为，故D正确。 故选D。 9.答案：（1）可以灭活（2） 解析：（1）设活塞横截面积为S，则对A气体初始状态有 ， 末状态有 ， 阀门K打开，加热过程A气体做等压变化，由盖·吕萨克定律得 由以上各式可得 所以 可以灭活。 （2）阀门K闭合，由于系统绝热，a气体膨胀对b气体做功，由热力学第一定律有 代入数据得 对B气体，由于系统绝热，则此过程气体B的内能增加量为 10.答案：（1）302.5K（2）个（3）1325J 解析：（1）由等压变化得 解得 （2）根据阿伏伽德罗的计算公式有 解得个 （3）根据公式 得初、末状态的气体的内能为， 内能变化量为 气体经历等压变化，外界对气体做功为 由热力学第一定律得 解得 即气体向外界释放的热量为1.325J. 学科网（北京）股份有限公司 $$